蓝宝石图形衬底的制作方法技术

本发明专利技术公开了一种蓝宝石图形衬底的制作方法，具体步骤是：（１）在蓝宝石的上表面沉积一层低折射率材料、厚度为１埃－９９９埃的薄膜；（２）用光阻在所述的薄膜上制备掩模图形；（３）通过刻蚀，将光刻胶掩模的图形转移到所述的薄膜上，得到图形下底的宽度为０．５－３μｍ、间距０．５－３μｍ的凸起，凸起厚度为１埃－９９９埃；（４）清洗蓝宝石，去除残留的光阻。本发明专利技术具有能大大降低制作ＰＳＳ成本、增加光的全反射角从而更有利于出光、提高出光效率、更有利于激光剥离、提高成品ＬＥＤ芯片优良率的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体材料，尤其涉及一种。
技术介绍
现在国际上普遍应用的氮化镓基发光二极管主要是异质外延在平坦的衬底上，其中衬底可以为蓝宝石、碳化硅或硅，这种结构主要缺点在于1、由于没有晶格匹配的衬底材 料，氮化镓基发光二极管都是异质外延生长在蓝宝石、碳化硅或硅等衬底上，晶格常数的差 异使外延材料存在着很多的位错，这些缺陷限制了发光二极管的内量子效率；2、光从外延 层进入衬底时，由于界面比较平坦，光的入射角比较小，且氮化镓和衬底折射率相差不大， 导致反射率低，大部分光会逸出到衬底，不能有效反射回外延层，大大降低了氮化镓基发光 二极管的出光效率，尤其是碳化硅为衬底的氮化镓基蓝绿光发光二极管的衬底的折射系数 与氮化镓相当，光从外延层逸出到衬底的几率为100 %。为了提高氮化镓基发光二极管的出光效率，已有多项研究工作围绕图形化衬底展 开，主要是通过刻蚀蓝宝石，制作图形衬底。如公开号为1020080087406、1020060127623的 韩国专利，在蓝宝石衬底上制作半球形的掩膜，再刻蚀蓝宝石得到半球形的图案，上述方法 虽然部分减少了外延缺陷和提高了出光效率，但仍然存在如下缺点1、由于蓝宝石的折射率为1. 8，同氮化镓的折射率比较接近，当光从外延层进入图 形衬底时，反射率提高不明显，对于GaN基发光二极管出光率的改善达不到预期效果。2、由于蓝宝石衬底比较坚硬，制作过程对设备和工艺要求很高，特别是蓝宝石的 干法刻蚀，需要氦气冷却系统、高密度的等离子体，普通的刻蚀设备，不能满足要求，同样湿 法腐蚀需要在高温下使用强酸，制作过程难控制，从而导致成品率低，增加了生产成本。另外，目前蓝光LED(蓝色发光二极管)大多以蓝宝石为衬底。为了满足液晶背 光市场，必须提高LED的发光效率，所以现在又在蓝宝石上刻蚀出微米级的小山丘或其它 图形，并以小山丘或其它图形做衬底，称为图形衬底(Patternsaphire substract，PSS)，以 PSS为衬底的LED光功率输出可以提高20%以上。但是蓝宝石很坚硬，刻蚀出微米级的小 山丘或其它图形需要采用干法刻蚀(ICP刻蚀)，并且对光刻要求很高，需要用3μπι以上厚 的光刻胶，光刻出直径1-3 μ m、间距0. 5-2 μ m的光刻胶圆柱，这就需要stepper等先进的 光刻机，并且在大面积的蓝宝石衬底下很难保证没有缺陷，所以制作PSS的成本很高，成品 LED芯片优良率也不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能大大降低制作PSS成本、增加光的全反射角从而提 高出光效率、更有利于激光剥离、提高成品LED芯片优良率的。本专利技术的目的是这样实现的一种，特征是(1)、在蓝宝石上沉积一层低折射率材料、厚度为1埃一999埃的薄膜；(2)、用光阻在所述的薄膜上制备掩模图形；(3)、通过刻蚀，将光刻胶掩模的图形转移到所述的薄膜上，得到图形下底的宽度 为0. 5—3 μ m、间距0. 5—3 μ m的凸起，凸起高度为1埃999埃；(4)、清洗蓝宝石，去除残留的光阻。其中，所述的薄膜为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者二氧化钛等材料中的一种。其中，所述的薄膜折射率小于2. 5。其中，所述的图形为近似的半球形、圆锥形或圆台形或多边体形。其中，所述步骤(1)的薄膜制备方法为PECVD、电子束蒸发、溅射或溶胶凝胶中的一种。其中，所述的步骤(2)在薄膜上制备图像的方法为勻胶、光刻、显影、热板烘烤制 作刻蚀掩膜。其中，所述的步骤(3)通过干法刻蚀或湿法腐蚀图形。本专利技术的有益效果是(1)、由于在蓝宝石上沉积低折射率材料的薄膜，其硬度低， 制备过程容易控制，对生产设备和工艺条件无特殊要求，制备方法简单多样，成品率高，降 低了生产成本；(2)用折射率接近于1的薄膜材料制备的图形衬底，一方面，由于图形为圆 锥或半圆形，光从外延层进入衬底时，入射角度会增大；另一方面，图形的折射率比较低，反 射率会大大提高，更多的光从透明电极出射，增加了光的抽取效率。本专利技术提供了理想的薄 膜厚度范围1埃一999埃，而此范围易被大家所忽视。因此，本专利技术具有能大大降低制作 PSS成本、增加光的全反射角从而更有利于出光、提高出光效率、更有利于激光剥离、提高成 品LED芯片优良率的优点。附图说明图1是本专利技术第一个步骤的剖视示意图；图2是本专利技术第二个步骤的剖视示意图；图3是本专利技术第三个步骤中刻蚀后的剖视示意图；图4是本专利技术第三个步骤中图形转移后的剖视示意图；图5为图4的俯视6是本专利技术长了外延层的剖视示意图。具体实施例方式下面用2个实施例对本专利技术的方法进行进一步的说明。实施例1 一种，具体步骤是(1)、在2英寸C面蓝宝石衬底的上表面利用化学气相沉积的方法生长一层低折射 率材料、厚度为500埃的薄膜，薄膜的材料为氮化硅(SiN)；(2)、用光阻在氮化硅薄膜上制备半球状掩模；(3)、通过干法刻蚀，将半球状的光阻掩模图形转移到氮化硅薄膜上，在蓝宝石衬底上形成半球状的氮化硅凸起，半球之间的氮化硅材料刻蚀干净，露出蓝宝石衬底；(4)、用150摄氏度的3号液(H2SO4 H2O2 = 3:1)清洗蓝宝石衬底，制备出蓝宝石图形衬底。通过上述步骤形成的氮化镓基发光二极管外延衬底的图形为下底的宽度0.5 μm， 高度为500埃，图形之间的间距0. 5 μ m。实施例2 一种，具体步骤是(1)、在2英寸蓝宝石衬底的上表面利用化学气相沉积的方法生长一层低折射率 材料、厚度为400埃的薄膜，薄膜的材料为二氧化硅(SiO2)；(2)、用光阻在二氧化硅薄膜上制备圆锥形掩模；(3)、通过干法刻蚀，将圆锥形的光阻掩模图形转移到二氧化硅薄膜上，在蓝宝石 衬底上形成圆锥形的二氧化硅凸起，圆锥之间的二氧化硅材料刻蚀干净，露出蓝宝石衬 底；(4)、用150摄氏度的3号液(H2SO4 H2O2 = 3:1)清洗蓝宝石衬底，制备出蓝宝 石图形衬底。通过上述步骤形成的氮化镓基发光二极管外延衬底的图形为下底的宽度3 μ m，高 度为400埃，图形之间的间距3 μ m。实施例3 一种，具体步骤是(1)、在2英寸C面蓝宝石衬底的上表面利用化学气相沉积的方法生长一层低折射 率材料、厚度为1埃的薄膜，薄膜的材料为氮化硅(SiN)；(2)、用光阻在氮化硅薄膜上制备半球状掩模；(3)、通过干法刻蚀，将半球状的光阻掩模图形转移到氮化硅薄膜上，在蓝宝石衬 底上形成半球状的氮化硅凸起，半球之间的氮化硅材料刻蚀干净，露出蓝宝石衬底；(4)、用150摄氏度的3号液(H2SO4 H2O2 = 3:1)清洗蓝宝石衬底，制备出蓝宝 石图形衬底。通过上述步骤形成的氮化镓基发光二极管外延衬底的图形为下底的宽度2 μ m，高 度为1埃，图形之间的间距2 μ m。实施例4 一种，具体步骤是(1)、在2英寸蓝宝石衬底的上表面利用化学气相沉积的方法生长一层低折射率 材料、厚度为1埃的薄膜，薄膜的材料为二氧化硅(SiO2)；(2)、用光阻在二氧化硅薄膜上制备圆锥形掩模；(3)、通过干法刻蚀，将圆锥形的光阻掩模图形转移到二氧化硅薄膜上，在蓝宝石 衬底上形成圆锥形的二氧化硅凸起，圆锥之间的二氧化硅材料刻蚀干净，露出蓝宝石衬 底；(4)、用150摄氏度的3号液(H2SO4 H2O2 = 3:1)清洗蓝宝石衬底，制备出蓝宝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓝宝石图形衬底的制作方法，其特征在于：（１）、在蓝宝石的上表面沉积一层低折射率材料、厚度为１埃－－－９９９埃的薄膜；（２）、用光阻在所述的薄膜上制备掩模图形；（３）、通过刻蚀，将光刻胶掩模的图形转移到所述的薄膜上，得到图形下底的宽度为０．５－－３μｍ、间距０．５－－３μｍ的凸起，凸起厚度为１埃－－－９９９埃；（４）、清洗蓝宝石，去除残留的光阻。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江风益，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：36[中国|江西]